차세대 음극재로 관심이 뜨거운 Si계 고용량  음극재료 

전세계에서 리튬이온 이차전지에 사용되는 음극재로는 2011년 기준으로 97% 이상이 천연흑연이든 인조흑연이든 간에 흑연(Graphite)을 사용하고 있다.  최근 들어서는 이 두 가지 중에서도 상대적으로 가격이 저렴한 천연흑연의 사용 비중이 증가하고 있다.

나머지 3%는 흑연 음극재보다는 비싸지만 충전특성 등 음극재로서의 성능을 우선적으로 고려한 용도로 고성능 음극재가 사용되고 있다. 이 고성능 음극재 시장은 최근 들어 아직 작기는 하지만 매년 1% 정도씩 증가하여왔으며, 향후에는 보다 큰 시장으로 기존의 흑연 음극재를 일부 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이 3%에 속하는 고성능 음극재로는 Si계 음극재, Sn계 음극재, LTO계 음극재 그리고 흑연과 같이 카본을 기본으로 하고 있지만 흑연의 층상 결정구조를 지니고 있지 않은 소프트 카본, 하드 카본이 속한다.

이 중에서도 리튬이나 Si 금속은 이론용량이 3000mAh/g 이상으로 흑연이 370mAh/g인 것에 비하여 약 10배나 높다.  그러나 이들 금속 음극활물질은 리튬이 삽입되었을 때 부피 팽창이 수백 % 일어나기 때문에 그대로 사용할 수 없다. 따라서 현재 이들을 합금화 하거나 탄소와의 복합체를 만들거나 나노화하여 부피팽창에 의한 음극의 붕괴를 억제하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 레포트는 향후 고용량 음극재로 사용량 증가가 예상되는 Si계 음극재에 대하여 1990년 1월 1일부터 2012년 5월 31일까지 출원된 특허(공개 및 공고)의 동향을 분석한 전문 레포트이다.
미국을 비롯하여 유럽, 한국, 일본에서 출원된 특허를 분석 대상으로 하였으며, 이렇게 최종 도출된 특허는 모두 1,144건이다. Si계 음극재는 Si 만을 사용한 단일재, 다른 물질과 함께 사용된 복합재 및 Si 박막으로 중분류로 구분하여 분석하였고, 각각을 다시 세부적으로 분류하여 소분류화하였다.  분석은 특허 레포트라면 대부분 다루고 있는 일반 분석과 본 특허 레포트만의 차별화된 심층 분석을 진행하였다.

심층분석에서는 특허 동향 분석을 통해 추출한 주요 출원인별로 국가 간 출원 비율, 최근 10년간 특허 동향 및 주력 기술 분야 등을 분석하고, 기술 분류별로 주요 특허를 추출하여 기술 발전 동향을 살펴보며, 다발명을 기준으로 국가별 주요 발명자를 추출하여 각 주요 발명자의 소속 및 연구 방향을 분석하고, 다출원 및 시장 점유율 등을 고려하여 주요 기업을 선정한 후 주요 기업 간의 분쟁에 대해 확인 및 분석하였다.

본 레포트가 전세계 연구기관 및 기업들이 향후 전개할 Si계 음극재에 대한 개발 및 사업화를 검토하는데 있어서 훌륭한 지침서가 되어 줄 수 있을 것으로 기대한다.

본 보고서의 Strong Point

• 향후 고성장에 예상되는 Si계 음극재 기술에 대한 집중 조명
• 일반적 특허동향뿐만 아니라 심층분석을 통한 Insight 제공
• 1990년1월1일~2012년5월31일 까지의 출원된 특허 분석
• 미국, 일본, 한국, 유럽에서의 출원특허 모두 분석
• 전세계 음극재 판매 그룹과 특허 보유 그룹간의 분쟁 사례 조사